48V直流接地的分析与探讨
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【摘 要】分析了秦山核电三厂48V直流不间断电源系统出现接地的影响，通过对比目前主流的接地查找方式以及梳理秦山第三核电厂目前采用的接地查找操作，识别出目前操作中容易失误的薄弱环节，并给予针对性的改进建议。
【关键词】48V直流不间断电源;接地;接地查找
中图分类号： TM862 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）05-0079-002
1 48V不间断直流电源系统概述
秦山核电三厂两台CANDU 6机组的48V不间断直流电源系统主要负荷有控制逻辑、保护逻辑、报警回路、状态指示等。48V直流电源系统分为三个相互独立的通道（A，B，C），每个通道包括两个100%容量的整流器、一个蓄电池组、48伏直流母线和母线下面的若干配电盘。各个通道的整流器电源分别来自三级电源MCC17A、MCC19B、MCC18C。正常状态下，两个整流器同时运行，蓄电池组处于浮充状态，在丧失所有安全交流电源的情况下蓄电池仍可以至少维持60分钟的供电。除在正常运行时为负荷和蓄电池供电的整流器之外，主控室设备间和副控室还各有一台试验整流器，用于发生48V接地故障时进行接地回路的查找，试验整流器的电源来自交流母线，完全独立于正常供电的整流器和直流母线。
为了控制机组状态，维持各系统正常运行，需要根据需要启停泵、风机，开关阀门，操纵员也需要通过报警和指示来获取机组和系统的状态。一旦48V直流电源丧失，将导致设备不能如期动作，状态失去指示，控制失灵，核安全、电厂安全受到威胁。
典型的48V直流负荷失电的影响如下：
开关类型的负荷将因为接触器失电，导致MCC不能给下游负荷供电，电机类设备和加热器均会失电;
对于400V母线和11.6/6.3KV供电的设备由于起停继电器不能得电，因此无法从主控对设备投切，同时设备的工艺逻辑和保护功能丧失，但是在220V DC供电正常时其电气保护依然有效;
对于气动阀，由于其控制电磁阀失电，气动阀失效，将保持在其被设计的“失效安全”状态，但要注意该 “安全”状态可能并非机组正常运行时的状态，因此可能造成系统的扰动以及停机停堆。
对于报警，将导致一些窗报不可用，某些开关量产生的主控室计算机集中报警将不能发出或被误触发。
对于主控盘台上的状态指示，将导致受影响的开关指示器处于自由状态，手柄的不一致灯不能点亮，盘台上的某些指示灯失电导致不能指示状态。
2 48V直流负荷接地的危害以及查找方式
正常情况下，48V直流不间断电源系统是一个存在正负极的极性供电系统，无论母线、配电盘还是负荷，其正极对地应为+24V，负极对地应为-24V。若某一负荷因电缆绝缘破损、负荷进水等故障导致绝缘下降，此时就发生了接地故障。发生任一通道的直流接地后，主控室报警CRT上将根据通道不同，将分别出现相关报警，提醒操纵员存在接地故障，尽快启动接地查找。
2.1 48V直流负荷接地的危害
当48V直流系统发生一极接地时，如果不发生另一极接地，一般对直流系统的运行不会产生直接影响，但带一极接地不允许长时间运行，因为一极多点接地可能造成误动等严重后果;或者一旦另一极发生接地时，极有可能造成短路，致使保护、信号或控制回路的误动或拒动。
仅以某配电盘的第一排的负荷为例，因接地而逻辑误动可能导致的严重故障有：反应堆厂房失去送风;停堆冷却系统一系列电动阀无法远程操作;氚逸出至反应堆厂房，停堆系統可能部分注入;堆芯添加中子毒物补充负反应性功能部分失效;一台上充泵无法控制。
以上故障涉及到反应性控制、堆芯冷却、放射性包容等核安全三大功能，虽然可以通过有效停堆、隔离安全壳和手动操作等方式进行补偿，确保三大安全功能的有效，但对于电站安全稳定运行产生了重要的影响。
2.2 直流负荷接地查找的方法
目前直流系统接地主流的查找方法有拉路法、便携式/微机式直流绝缘监察装置检测法和支路电流转移法等。
拉路法顾名思义，通过断开负荷进行接地查找的方法。当仅存在一路负荷接地时，逐个回路断开负荷，将接地的负荷断开时，整个直流系统就会恢复正常，报警消除。此方法除对单一回路接地判断准确的优势之外，会造成负荷失电，逻辑动作、设备失去保护等危险，对于同时存在两个接地回路的工况也无法有效判断。
便携式接地检测仪的原理是为直流回路注入低频交流信号，未接地的直流回路不能为交流信号提供通路，而存在接地的直流回路可以通过线路和接地点导通交流信号，使用接地检测仪逐个为直流回路注入交流信号后，当支路可以检测到交流信号时，说明此回路存在接地。目前一般的直流系统均设有直流绝缘监察装置，基本原理与便携式接地检测仪一致，但是实现了查找接地的实时化、自动化，抗干扰能力和杂波过滤能力均更强。如其他核电厂使用的HY-DC3000型、RAE 935型。
秦三厂直流系统负荷有微机型继电保护装置，交流信号注入直流系统存在继电保护装置误动的风险，因此在秦山核电三厂运行手册中使用支路电流转移法查找接地。即使用另一路不同于正式供电的整流器的电源，通过临时线路为某一回路48V直流负荷供电，再断开该回路的正式的供电线路，若该回路接地，则正式电源恢复正常，临时电源有接地表征，通过逐个回路的检查可判断所有存在接地的回路。该方法优点，原理简单，操作直观明了，同时还克服拉路导致负荷失电的风险。这种方法可查出各种类型的接地故障，包括一点接地、多点接地、母线接地、电源内部接地等等。
2.3 三厂48V直流接地查找具体方法和存在的问题
下面以48V 直流电源A通道出现接地报警，根据运行手册中的异常相应章节对某个盘台内查找接地为例进行说明。 操纵员执行报警响应时，首先需要为试验整流器接通电源，合上配电盘台柜内的试验供电总开关CB100，并通过万用表验明试验电源供电成功。然后在配电盘台柜内先合上第一母排负荷的试验供电回路空气开关CB 102，再断开正常供电回路的空气开关CB 101，检查盘台试验回路电压表的“正对地”和“地对负”电压指示24V，“正对负”电压指示48V，否则说明第一母排端子中存在接地的负荷，还需检查48V A通道接地报警是否消失，若报警消失，说明接地点仅存在第一母排端子的负荷当中，报警不能消保则说明还存在其他接地点，最后，再合上正常供电回路的空气开关CB 101，断开试验供电回路空气开关CB 102。
重复以上操作直到配电盘台所有母排检查完成，假设接地点仅存在于所查找的配电盘内，其他配电盘不存在接地。当接地的母排确认之后，就需要通过两根导线，从试验电源回路接引一路电源，逐个负荷进行接地检查。在对具体负荷检查的时候，需要将导线分别连接试验电源和负荷的出线进行供電，通过稍用力抬高熔丝被旋松的一侧的方式将熔丝与正常电源的钢带断开，即断开负荷的正式供电电源。如果查到接地的负荷回路，正式电源恢复正常，试验电源有接地表征。
在对具体负荷查找接地的过程中，需要松开熔丝的固定螺丝，实际上需要完全取下固定螺丝才能准确判断是否存在接地现象。一个母排中，上百个熔丝安装十分紧密，取下熔丝固定螺丝和抬起熔丝一侧的时候，极有可能误碰旁边熔丝，造成该旁边熔丝供电不良。在操作过程中，螺丝启动器等工具也可能导致发生另一点接地甚至短路。
在排除人因失误的因素之外，造成负荷失电的最大可能性在于试验导线与熔丝接线桩的连接可靠性和接线桩的安装牢固程度，任何一点接触不良，都将导致在试验电源为单一负荷供电失败。从图中可见，熔丝在接线端子上的安装属于插接式，稍用力抬高熔丝被旋松的一侧的时候存在熔丝滑落的可能性（事实上也发生过），实际操作中发现，只要接线柱的螺纹松动1/3圈，即可导致松脱。抬起熔丝的过程中，很有可能导致接线柱与接线端子接触不良，供电失败。
从设备可靠性来讲，在熔丝一端通过接线柱固定在端子上之时，另一端用力抬起，熔丝的插脚受力产生弯曲，多次检查接地之后可能造成熔丝插脚断裂。一旦在查接地的过程中发生熔丝插脚断裂，将无法恢复正式电源供电。
3 改进建议
从秦三厂使用的weidmuller端子的构造图并结合实物照片可以看出，正极电流从供电排引入熔丝之后，通过接线柱和一段导体引至上方导线，去往负荷。接线端子安装在导轨之后，在正极端子下部和负极端子上部，均可见接线端子自身导体的一部分，该部分有两个尺寸为φ3mm的孔洞，两孔间距6.5mm。由此，可以使用一个鳄鱼夹，通过夹具将试验电源的导线固定至接线端子导体的孔洞上，也可使用3mm香蕉头并联插入两个空洞，实际测试这两种方式连接的稳定性足以保证接地查找过程中良好的供电。这样一来，既解决了导线和接线柱稳定性差的问题，又避免因为熔丝引脚断裂造成负荷无法恢复正常电源供电的尴尬局面。
4 结论
48V直流不间断电源系统作为电站控制的供电系统，负荷接地时有发生，但接地查找的高风险和操作的高难度困扰着操纵员，每次接地查找过程都可能导致停堆停机。本文通过分析讨论三种查找接地的方式，并针对秦山核电三厂所使用的接地查找手段中存在的问题进行了详细分析，提出了改进建议，为以后的接地查找工作提供了经验，可以有效避免接地查找过程中负荷失电的风险。由于本人知识水平所限，难免有疏漏之处，不足之请指正。
【参考文献】
[1]邹正宇.CANDU-6核电厂系统与运行[M].中国原子能出版社，2010.
[2]中华人民共和国能源行业标准.核电厂汽轮机仪表和控制技术条件[Z].2014-03-18.
[3]中华人民共和国国家标准.核电厂直流电力系统设计推荐实施方法[Z].2008-09-19.
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